GO/季铵化修饰PSF复合超滤膜的制备及性能研究

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超滤是一种介于纳滤和微滤之间并以压力为驱动力的筛分过程.超滤膜以其独特的纳米级孔道结构被广泛应用于物料回收、溶液浓缩及水处理等领域。然而膜亲水性差、膜污染严重以及分离效率低等严重制约着超滤膜的应用。本课题的研究目的是将氧化石墨烯引入到聚砜超滤膜中,并通过化学改性的方法提高氧化石墨烯在铸膜液中的分散性,制备了有机—无机复合超滤膜,改善膜的孔道结构、分离性能和膜亲水性。在本研究中,首先考察了聚砜质量分数、铸膜液温度、铸膜液预挥发时间以及凝固浴温度对超滤膜分离性能的影响,最终确定了最佳的聚砜超滤膜制备条件,制备出了具有一定分离性能的聚砜超滤膜。然后重点研究了将氧化石墨烯引入聚砜超滤膜体系,通过氧化石墨烯特有的理化性质提高复合膜的性能。对聚砜进行了季铵化修饰,利用季铵基团将氧化石墨烯固定在聚砜基体中,提高了氧化石墨烯在铸膜液中的分散性和兼容性,最终制备了季铵化PSF/GO复合超滤膜(Q-PSF/GO)。最后通过对比研究了 PSF超滤膜、PSF/GO共混超滤膜以及季铵化PSF/GO复合超滤膜的结构和各项性能。研究结果表明,在最佳制膜条件下,所制备的Q-PSF/GO复合超滤膜具有较高的分离渗透能力,纯水通量比PSF基膜提高了 486.41L/m2h,对BSA的截留率为97.8%,与PSF基膜保持了一致。然而直接共混了质量分数分别为0.2%和0.5%的GO后,所制备的PSF/GO0.2共混超滤膜和PSF/GO0.5共混超滤膜虽然纯水通量有显著提高,但是截留率同PSF基膜相比有所降低。特别是当添加相同质量分数的GO后,Q-PSF/GO0.5复合膜的分离渗透能力明显高于PSF/GO0.5共混膜。此外,添加GO后的PSF/GO共混超滤膜和Q-PSF/GO复合超滤膜亲水性均明显提高。通过对膜断面形貌及表面粗糙度的观察发现,Q-PSF/GO复合膜具有更加理想的长直的指状孔结构,且GO被固定后的Q-PSF/GO复合膜表面更加光滑平整。利用激光共聚焦显微镜分析膜对BSA的静态吸附能力发现Q-PSF/GO复合超滤膜对BSA有一定的吸附能力,容易在膜表面形成吸附层,但通过膜清洗效果测试发现该吸附层易于清洗,这表明了 Q-PSF/GO复合膜具有良好的抗污染能力。综合膜的其他性能可以看出,本研究成功的提高了 GO在PSF铸膜液中的分散性和兼容性,使所制备的有机—无机复合膜性能得到了进一步改善。
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